STM32学习笔记4-OLED外部中断和中断系统

OLED

OLED（Organic Light Emitting Diode）：有机发光二极管

OLED显示屏：性能优异的新型显示屏，具有功耗低、相应速度快、宽视角、轻薄柔韧等特点

0.96寸OLED模块：小巧玲珑、占用接口少、简单易用，是电子设计中非常常见的显示屏模块

供电：3~5.5V，通信协议：I2C/SPI，分辨率：128*64

常用于调试。           

通常是I2C协议                    SPI协议

调式方法

串口调试：通过串口通信，将调试信息发送到电脑端，电脑使用串口助手显示调试信息

        可以借助电脑来调试，可以更丰富的参数设置，只能以信息流的方式呈现（也就是一行一行打印），所以只能刷屏进行显示；

显示屏调试：直接将显示屏连接到单片机，将调试信息打印在显示屏上

        对于不断变化的数据，可覆盖刷新显示，显示方式直接，但是显示屏幕有限

Keil调试模式：借助Keil软件的调试模式，可使用单步运行、设置断点、查看寄存器及变量等功能

电灯调试法：在不确定的地方进行加入电灯的代码，来测试是否有电流

注释调式法

硬件电路：

通信引脚需要放到单片机I2C通信的引脚上，在STM32上用江协科技的GPIO模拟库出来的通信引脚，所以可以任意接入。

OLED驱动参数

将屏幕分划成4X16的小模块

相关函数

接线图

4-1 OLED显示屏

main.c
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
//#include "OLED_Font.h"
//4-1 OLED显示屏
int main(void){OLED_Init();OLED_ShowChar(1,1,'a');OLED_ShowString(1,3,"hello world!"); //如果超出16个字，会从头到尾重新输入OLED_ShowNum(2,1,12345,5);//如果长度比输入的数字大，则会在输入的数字前自动补0；如果比其小，则会向最高位进行切割OLED_ShowSignedNum(2,7,12345,6);OLED_ShowHexNum(3,1,0xAA55,4);OLED_ShowBinNum(4,1,0xAA55,16);//OLED_Clear();while(1){}
}

调试程序：

外部中断和中断系统

      简介 

       中断系统：管理和执行中断的逻辑结构

        外部中断：是众多能产生中断的外设之一

        中断：在主程序运行过程中，出现了特定的中断触发条件（中断源），使得CPU暂停当前正在运行的程序，转而去处理中断程序，处理完成后又返回原来被暂停的位置继续运行

        中断触发条件：对于外部中断来说，可以是引脚发生了电平跳变

                                 对于定时器来说，可以是定时的时间到了

                                 对于串口通信来说，可以是接受到了数据

若不做中断处理，当下一个电平跳变等来临时，没及时处理原数据被新数据覆盖或被忽略

        中断优先级：当有多个中断源同时申请中断时，CPU会根据中断源的轻重缓急进行裁决，优先响应更加紧急的中断源。由自己设定优先级。

        中断嵌套：当一个中断程序正在运行时，又有新的更高优先级的中断源申请中断，CPU再次暂停当前中断程序，转而去处理新的中断程序，处理完成后依次进行返回。

        中断执行流程

        68个可屏蔽中断通道（中断源），包含EXTI（外部中断）、TIM（定时器）、ADC（模数转换器）、USART（串口）、SPI（通信）、I2C（通信）、RTC（实时时钟）等多个外设

        使用NVIC（STM32中用来管理中断、分配优先级）统一管理中断，每个中断通道都拥有16个可编程的优先等级，可对优先级进行分组，进一步设置抢占优先级和响应优先级。

STM32的中断资源

内核的中断

外设中断资源：

0：WWDG 窗口看门狗，用来检测程序运行状态的中断；如果没有及时喂狗，则看门狗会自动申请中断

补：看门狗之后会接触，现在只是方便理解

可以把 窗口看门狗（WWDG） 想象成一个 严格的闹钟，而 “喂狗” 就是按时按点去关掉它。如果不按它的规矩来，它就会 “发火”，直接重启你的系统！

1：PVD电源电压检测，如果供电电压不足，PVD电路就会申请中断

6~10 & 23 & 40：EXTI0~10为本节课的对应中断

地址部分：

       中断的地址：在程序中的中断函数，它的地址是由编译器来分配的，是不固定的；但是中断跳转，由于硬件的限制，只能跳到固定的地址执行程序。为了能让硬件跳转到一个不固定的中断函数里，就需要在内存中定义一个地址的列表（中断向量表，相当于中断跳转的一个跳板），这个列表地址是固定的，中断发生后，就跳到这个固定位置，然后在这个固定位置，由编译器，再加上一条跳转到中断函数的代码，这样可以中断跳转跳转到任意位置了。

一般C语言的编译器会自动完成这个功能，所以一般不会考虑。

NVIC

NVIC（嵌套中断向量控制器）基本结构：用来统一分配中断优先级和管理中断的；

是一个内核外设，是CPU的小助手；

参考：Cortex-M3编程手册

：一个外设可能会同时占用多个中断通道，所以这里有n条线

NVIC只有一个输出口，NVIC根据每个中断的优先级分配中断的先后顺序，告诉CPU应该处理哪个中断。所以关于中断先后顺序分配的任务，cpu是不知道的

中断分组：

抢占优先级：插队+立马执行的优先级：当CPU中正在执行一个中断时，拥有抢占优先级的中断会直接占进来，让CPU停下对原先的中断执行，来执行此中断（中断嵌套）；

响应优先级：插队的优先级；

NVIC的中断优先级由优先级寄存器的4位（0~15的数：值越小，优先级越高）决定，这4位可以进行切分，分为：1.高n位的抢占优先级和2.低4-n位的响应优先级

抢占优先级高的可以中断嵌套，响应优先级高的可以优先排队，抢占优先级和响应优先级均相同的按中断号排队（越小，优先级越高）

EXTI（Extern Interrupt）外部中断

        EXTI可以监测指定GPIO口的电平信号，当其指定的GPIO口产生电平变化时，EXTI将立即向NVIC发出中断申请，经过NVIC裁决后即可中断CPU主程序，使CPU执行EXTI对应的中断程序（引脚电平变化，申请中断）,属于内核外设。

        支持的触发方式：上升沿（低电平变到高电平时瞬间触发中断）/下降沿（反之）/双边沿（上升沿和下降沿都可以触发中断）/软件触发（引脚啥事没有，程序执行一句代码，就触发中断）

        支持的GPIO口：所有GPIO口，但相同的Pin不能同时触发中断（如：PA0和PB0）

        通道数：16个GPIO_Pin，外加PVD输出、RTC闹钟、USB唤醒、以太网唤醒（后四个属于蹭网：因为外部中断有个功能：从低功耗模式的停止模式下唤醒STM32；

        对于PVD电源电压检测，当电源从电压过低恢复，就需要PVD外部中断退出停止模式；

        对于RTC闹钟，为了省电，RTC定一个闹钟之后，STM32会进入停止模式，等到闹钟响的时候再唤醒；）

        触发响应方式：中断响应/事件响应（不会触发中断，而会触发其他外设事件）

外部中断的基本结构体

        AFIO：数据选择器，会在前面的n个GPIO外设的16个引脚里选择其中一个连接到后面EXTI的通道里，所以相同的Pin不能同时触发

经过EXTI电路之后，分为两种输出：

        1.指向NVIC：用来触发中断

其中EXTI9_5和EXTI15_10：指外部中断的9~5会触发同一个中断函数，同理；所以在中断函数里，需要再根据标志位来区分到底哪个中断进来的

        2.事件响应

AFIO复用IO口：

AFIO主要用于引脚复用功能的选择和重定义

在STM32中，AFIO主要完成两个任务：复用功能引脚重映射

和中断引脚选择

EXTI框架图：

或门：可以有多个输入，但只能有一个输出，执行或的逻辑，只要有一个高电平（1），输出就是高电平

与门：可以有多个输入，但只能有一个输出，执行与的逻辑，只要有一个低电平（0），输出就是低电平

非门：只有一个输入和一个输入，输入0就是1

数据选择器：侧边有选择控制端，根据控制端的数据，从输入选择一个接到输出

硬件模块：

使用中断模块的特性：对于STM32，想要获取的信号是外部驱动的很快的突发信号，STM32稍微晚一点，就会错过，所以需要中断模块：当有脉冲过来，STM32立马进入中断函数处理。

旋转编码器：用来测量位置、速度或旋转方向的装置，当其旋转轴旋转时，其输出端可以输出与旋转速度和方向对应的方波信号，读取方波信号的频率和相位信息即可得知旋转轴的速度和方向。

类型：机械触点式/霍尔传感器式/光栅式

光栅式旋转编码器工作：

对射式红外传感器用来测速，同时还需要用一个光栅编码盘：当编码盘转动时，红外传感器的红外光就会出现遮挡、透过这样的现象，对应模块输出的电平就是高低电平交替的方波

这个方波的个数表示转过的角度，方波的频率表示转速

通过外部中断来捕获这个方波的边沿，以此判断位置和速度，由于此设备正转反转输出波形无法区分，所以只有一路输出，只能用来测量位置和速度，不能测量旋转方向

机械触点式旋转编码器，

一般用于调节

这种波形就叫为正交波形，可以用来测方向

另一种测量方向的方式是一个触电来测量速度，另一个触电来测量方向

霍尔传感器式旋转编码器

用于机电

旋转编码器的硬件电路

接线图

5-1 对射式红外传感器计次

AO为什么不用：

AO口输出的是模拟信号，一般不用

GPIO中有关AFIO的函数：

void GPIO_AFIODeInit(void); //用来复位AFIO外设的

void GPIO_PinLockConfig(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin); //锁定AFIO的配置，防止意外更改

//两个函数用来配置AFIO的事件输出功能的

void GPIO_EventOutputConfig(uint8_t GPIO_PortSource, uint8_t GPIO_PinSource);

void GPIO_EventOutputCmd(FunctionalState NewState);

void GPIO_PinRemapConfig(uint32_t GPIO_Remap, FunctionalState NewState); //用来引脚重映射，第一个参数选择重映射的方式，第二个参数是表示是否启用或禁用指定的重映射功能

void GPIO_EXTILineConfig(uint8_t GPIO_PortSource, uint8_t GPIO_PinSource); //配置AFIO的数据选择器，来选择我们想要的中断引脚

void GPIO_ETH_MediaInterfaceConfig(uint32_t GPIO_ETH_MediaInterface);  //与以太网有关

EXTI的库函数：

void EXTI_DeInit(void); //复位，默认上电

void EXTI_Init(EXTI_InitTypeDef* EXTI_InitStruct);  //初始化

void EXTI_StructInit(EXTI_InitTypeDef* EXTI_InitStruct); //把结构体变量赋值

void EXTI_GenerateSWInterrupt(uint32_t EXTI_Line); //用来软件触发外部中断的，EXTI_Line选择中断线，就能软件触发一次外部中断

//与标志位有关的四个函数

//主程序中查看和清除

FlagStatus EXTI_GetFlagStatus(uint32_t EXTI_Line);  //获取指定的标志位是否被置1了

void EXTI_ClearFlag(uint32_t EXTI_Line);  //可以对置1的标志位进行清除

//中断函数中查看和清除，并做出判断

ITStatus EXTI_GetITStatus(uint32_t EXTI_Line);  //获取中断标志位是否被置1了

void EXTI_ClearITPendingBit(uint32_t EXTI_Line);  //清除中断挂起标志位

NVIC的库函数：

void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup);  //用来中断分组，参数是中断分组方式

void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct);  //初始化

void NVIC_SetVectorTable(uint32_t NVIC_VectTab, uint32_t Offset);  //设置中断向量表

void NVIC_SystemLPConfig(uint8_t LowPowerMode, FunctionalState NewState);  //系统低功耗配置

void SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource);  

main.c
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "CountSensor.h"//对射式红外传感器计次
int main(void){OLED_Init();CountSensor_Init();OLED_ShowString(1,3,"Hello world!");OLED_ShowString(2,1,"Count");while(1){OLED_ShowNum(2,7,Get_Count(),5);}
}CountSensor.c#include "stm32f10x.h"        // Device header
uint16_t Count;
void CountSensor_Init(void){//EXTI基本结构：GPIOA——AFIO——EXTI——NVIC//1.配置RCC//2.配置GPIO，选择端口为输入模式//3.配置AFIO，选择我们用的GPIO，连接后面的EXTI//4.配置EXTI，选择边沿触发方式，比如上升沿、下降沿或双边沿//5.配置NVIC，给我们中断选择一个合适的优先级//最后，通过NVIC，外部中断进入CPU//1RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);//注意APB2与APB1的总线RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);//不需要配置EXTI,NVIC(内核的外设均不需要)的时钟//2GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;//具体要什么模式，可以去参考手册中的GPIO的8.1.11 外设GPIO配置GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;//上拉，默认高电平GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_14;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);//3配置AFIO的输入断引脚选择，输出端固定到EXTI电路GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB,GPIO_PinSource14);//4 配置EXTIEXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line14; //配置EXTI的第14个线路为中断模式EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd=ENABLE;  //开启中断，使PB14的电平信号通过EXTI通向下一级NVICEXTI_InitStructure.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;//EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Rising_Falling;  //双边沿触发EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Rising;EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);//5 配置NVIC，由于NVIC为内核外设，所以放到misc.hNVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI15_10_IRQn; //配置通道NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; //开启触发NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;  //配置抢占优先级NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;  //配置响应优先级NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);}
//在中断向量表中对应的函数内编写处理逻辑。
//清除中断标志位（防止重复触发）。
//要配置中断程序，中断程序在STM32中的固定的，需要去启动Start文件夹里的启动文件里找
//中断函数不需要声明，它自动会执行
void EXTI15_10_IRQHandler(void){//要先这个中断点是不是我们想要的EXTI14if(EXTI_GetFlagStatus(EXTI_Line14)==SET){//查看EXTI_Line14是不是为1，返回值是SET or RESET//执行中断程序Count++;//在中断程序结束后，要再调用一下清除中断标志位的函数，不然程序会不断响应中断，执行函数，最后程序卡死在中断函数EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line14);}
}
//返回Count
uint16_t Get_Count(void){return Count;
}

5-2 旋转编码器计次

main.c
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Encoder.h"//对射式红外传感器计次
int16_t Num;
int main(void){OLED_Init();Encoder_Init();OLED_ShowString(1,3,"Hello world!");OLED_ShowString(2,1,"Num:");while(1){Num+=Get_Count();OLED_ShowSignedNum(2,5,Num,5);}
}Encoder.c
#include "stm32f10x.h"                  // Device headerint16_t Encoder_Count;					//全局变量，用于计数旋转编码器的增量值/*** 函    数：旋转编码器初始化* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void Encoder_Init(void)
{/*开启时钟*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);		//开启GPIOB的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);		//开启AFIO的时钟，外部中断必须开启AFIO的时钟/*GPIO初始化*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);						//将PB0和PB1引脚初始化为上拉输入/*AFIO选择中断引脚*/GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource0);//将外部中断的0号线映射到GPIOB，即选择PB0为外部中断引脚GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource1);//将外部中断的1号线映射到GPIOB，即选择PB1为外部中断引脚/*EXTI初始化*/EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;						//定义结构体变量EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0 | EXTI_Line1;		//选择配置外部中断的0号线和1号线EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;					//指定外部中断线使能EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;			//指定外部中断线为中断模式EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;		//指定外部中断线为下降沿触发//EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Rising_Falling;EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);								//将结构体变量交给EXTI_Init，配置EXTI外设/*NVIC中断分组*/NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);				//配置NVIC为分组2//即抢占优先级范围：0~3，响应优先级范围：0~3//此分组配置在整个工程中仅需调用一次//若有多个中断，可以把此代码放在main函数内，while循环之前//若调用多次配置分组的代码，则后执行的配置会覆盖先执行的配置/*NVIC配置*/NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;						//定义结构体变量NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;			//选择配置NVIC的EXTI0线NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;				//指定NVIC线路使能NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;	//指定NVIC线路的抢占优先级为1NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;			//指定NVIC线路的响应优先级为1NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);								//将结构体变量交给NVIC_Init，配置NVIC外设NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI1_IRQn;			//选择配置NVIC的EXTI1线NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;				//指定NVIC线路使能NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;	//指定NVIC线路的抢占优先级为1NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;			//指定NVIC线路的响应优先级为2NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);								//将结构体变量交给NVIC_Init，配置NVIC外设
}/*** 函    数：旋转编码器获取增量值* 参    数：无* 返 回 值：自上此调用此函数后，旋转编码器的增量值*/
int16_t Encoder_Get(void)
{/*使用Temp变量作为中继，目的是返回Encoder_Count后将其清零*//*在这里，也可以直接返回Encoder_Count但这样就不是获取增量值的操作方法了也可以实现功能，只是思路不一样*/int16_t Temp;Temp = Encoder_Count;Encoder_Count = 0;return Temp;
}/*** 函    数：EXTI0外部中断函数* 参    数：无* 返 回 值：无* 注意事项：此函数为中断函数，无需调用，中断触发后自动执行*           函数名为预留的指定名称，可以从启动文件复制*           请确保函数名正确，不能有任何差异，否则中断函数将不能进入*/
void EXTI0_IRQHandler(void)
{if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) == SET)		//判断是否是外部中断0号线触发的中断{/*如果出现数据乱跳的现象，可再次判断引脚电平，以避免抖动*/if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_0) == 0){if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0)		//PB0的下降沿触发中断，此时检测另一相PB1的电平，目的是判断旋转方向{Encoder_Count --;					//此方向定义为反转，计数变量自减}}EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);			//清除外部中断0号线的中断标志位//中断标志位必须清除//否则中断将连续不断地触发，导致主程序卡死}
}/*** 函    数：EXTI1外部中断函数* 参    数：无* 返 回 值：无* 注意事项：此函数为中断函数，无需调用，中断触发后自动执行*           函数名为预留的指定名称，可以从启动文件复制*           请确保函数名正确，不能有任何差异，否则中断函数将不能进入*/
void EXTI1_IRQHandler(void)
{if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) == SET)		//判断是否是外部中断1号线触发的中断{/*如果出现数据乱跳的现象，可再次判断引脚电平，以避免抖动*/if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0){if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_0) == 0)		//PB1的下降沿触发中断，此时检测另一相PB0的电平，目的是判断旋转方向{Encoder_Count ++;					//此方向定义为正转，计数变量自增}}EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);			//清除外部中断1号线的中断标志位//中断标志位必须清除//否则中断将连续不断地触发，导致主程序卡死}
//解释：
//正转：A相下降沿时，B相为低 → Encoder_Count++
//反转：B相下降沿时，A相为低 → Encoder_Count--
//因为A与B是正交波形：
//正转: A相 _|‾|__|‾|__  
//       B相 ‾|__|‾|__|‾  （A下降沿时B为低）  
//反转: A相 _|‾|__|‾|__  
//      B相 __|‾|__|‾|__ （B下降沿时A为低）  
//
}

建议

中断函数里不要耗时过长的代码；

中断函数与主函数不要调用同一个硬件；